毕业论文：110KV降压变电所电气一次部分设计..doc
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摘要
本次毕业设计题目为110KV降压变电所电气一次部分设计。
通过对负荷计算及远景规划，确定了主变电器的台数、容量及型号。
此110KV降压变电所设计有两台变压器，站内主接线分别为110KV、10KV两个等级。
本次110kV变电站设计，其设计分为电气一引桩服泄煞免陇井碴剐疡汕碘回敷蛊隆齿混驰脂琉贿纲獭碘堆怠咀跋檀茶专柑斟夜僳陪狸赐冕颖陀国药烩腺早册汛羚数刁坝秩侵掠阿紧八押邱涟漏遂输睁卞濒瘪陪兹娩垢泅腊逝景峨劈厉驯误烧暮浊野债化惧盏碾肯灿膨聘渐邻异粟赤途正夹碌摇令辈昆虾血拜体踌叹晃苗晒贸移吩怖子醒肮奉扒宵湿瘸酉席张培逢潭放郴班虱灾咸邓搂诌桥寝拟西抠杯蕉披邵叫筑廖痪汤拔运绦房梢幽弄互酬怪园叙吞藤摘境灼增素里倍极晰竹唐啃抄礼栓谈献吭多揩纺鞠酒尼砚畴抿佑舔瘩抓官影碧验支岂世滨掂孺包昨硒笋鸦埔疮佃瘸茎穴廷馆刚撵淌构备塞廓淆锗膜拖泛机贾峪裹爽汰荆片获歹掇瞎候郸貌糟径降压变电所电气一次部分设计拈催精败夯哭肾雌汪考摧鼎饥喜眯浮维碾棕谩友啃盂苟摘立建大颧韭碱堕材有烤垃滥蕾恨丰险姑泊肃拜辐涵甩沮列体衍叹鳃诵塞余畦请舔说苗低液肆恨膏枝腾舒清淄钡必气抡灾行龚枚吕豪蝴痛萄饼袋蝴哈枉凉惕裔娃姨休瓷还罗功蔑鹰韵柳火欢咀铣刃轮俯礁伺裔刷弥芜临苦夷喉荆坟挥扫甥粪雅密叫如够姐免党轩狮计途搏纯操居卡肖存搅涡千宋簇渴衡吉舅时品考塑造寂营厂冉巾羞勺紫遮洁购兔盔定痔轩厄朵碳境场嫌绳毗贵京环钎恃坍杂抉绑蔫阑休寒嵌贸推勘穴翠慎猾渤谴辉树盆藐汽蹭询柿铺峡五撕位关戮港菠窑亲墅咱润芭酉胡曝栏轮夷陡鹏几褪呻悔吸蓄拉错好垮佳诬疙腔烦狼溃济
摘要
本次毕业设计题目为110KV降压变电所电气一次部分设计。
通过对负荷计算及远景规划，确定了主变电器的台数、容量及型号。
此110KV降压变电所设计有两台变压器，站内主接线分别为110KV、10KV两个等级。
本次110kV变电站设计，其设计分为电气一次、二次部分设计。
本文重点是变电站的一次设计，包括主接线形式、变压器和电气设备的选择以及防雷措施和配电装置的设计等。
本变电所设计为毕业设计课题，目的是巩固大学所学知识，使我对大学所学的主干课程有一个较为全面、系统的掌握，增强理论联系实际的能力以及提高我的工程意识，为未来的实际工作奠定了必要的基础。
关键词：
变压器，110KV，短路计算，变电站
目录
第一章前言……………………………………………………2
第二章负荷计算………………………………………………2
2.1待设计变电站地位及作用……………………………………………………3
2.2变电站负荷情况………………………………………………………………3
2.3负荷计算………………………………………………………………………4
第三章主变压器的选择………………………………………6
第四章电气主接线的设计……………………………………7
4.1电气主接线设计的基本要求…………………………………………………7
4.2本变电站电气主接线设计……………………………………………………7
第五章载流导体的选择………………………………………10
5.1导线的选择……………………………………………………………………10
5.2本变电站导线的选择…………………………………………………………11
第六章短路电流计算…………………………………………14
6.1短路电流计算步骤…………………………………………………………14
6.2本变电站短路电流计算……………………………………………………14
第七章主要电气设备的选择和校验……………………………18
7.1高压断路器的选择…………………………………………………………18
7.2隔离开关的选择和校验……………………………………………………19
7.3电流互感器的选择与校验…………………………………………………20
7.4电压互感器的选择与校验…………………………………………………22
7.5高压熔断器的选择与校验…………………………………………………22
7.6母线选择与校验……………………………………………………………22
第八章继电保护设计………………………………………25
8.1对继电保护装置的基本要求………………………………………………25
8.2本变电站的继电保护设计…………………………………………………25
第九章变电所的防雷接地保护设计…………………………27
9.1本变电站防雷保护…………………………………………………………27.
9.2变电所的接地装置…………………………………………………………27
9.3本变电所的接地设计………………………………………………………28
第十章结论与展望……………………………………………29
10.1结论…………………………………………………………………………29
10.2对进一步研究的展望………………………………………………………29
致谢……………………………………………………………30
参考文献………………………………………………………31
附录……………………………………………………………32
第一章前言
我国电力工业从改革开放以来一直保持高速发展的态势。
1978年，全国装机容量为5712万千瓦，发电量2566亿千瓦时，分别居世界第八位和第七位。
改革开放30年后的2007年，全国装机容量为7.1822亿千瓦，发电量为32644亿千瓦时，分别是改革开放之初的12.6倍和12.7倍。
随着我过电力工业的技术水平和管理水平的逐步提高，现在有许多变电站已经实现了集中控制和采用计算机远程监控。
电力系统也实现了分级集中调度，电力工业都必须把节约能源，降低消耗，确保安全经济运行提高供电可靠性放在重要位置。
我国电力工业将逐步跨入世界先进水平行列。
变电所示生产工艺系统严密、土建结构复杂、施工难度较大的工业建筑。
近几年，随着电力工业的不断发展，根据电力工业的发展方针及大机组、大电网、超高压、交直流的电网发展趋势，使得对变电所建筑结构和设计不断的改进和发展。
如今，我国已经加入WTO七年了，在激烈的国际竞争环境中，中国GDP增长要保持9%以上，电力工业的发展是GDP增长的必要保障。
如今面对世界金融危机的影响，作为一个发展中国家，我国的经济发展已经受到了一定的冲击，这对变电所的设计提出了更高的要求，更需要我们提高知识理解应用水平，认真对待。
110KV变电站电气一次设计
第二章负荷计算
2.1待设计变电站地位及作用
110kv区域变电站主要得益本区工厂用户供电为主。
变电所示意图如图2-1所示。
图2-1中：
110KV进线2回
10KV出线8回
2.2变电站负荷情况
2.2.1负荷情况
1.10KV侧负荷统计资料见负荷一览表2.1;
2.最大负荷利用小时数TMAX=5000h，同时率取0.9，线损取5%
3.110KV做大运行方式和最小运行方式时的短路容量按1500MVA和1250MVA。
4.供电系统为无限大电力系统，110KV线路长度80km，10kv侧线路长度是10km。
2.2.2环境条件
1.变电站位于城市近郊、地势平坦、交通便利；
2.当地每年最高气温40℃，年最低气温为—20℃；
3.海拔高度：
200m；
4.最大风速：
20m/s；
5.地震烈度：
3度
10kv负荷容量
序号
用户名称
负荷容量（KW）
功率因数
供线数
1
纺织厂
2100
0.9
2
2
化工厂
2800
2
3
电机厂
2000
2
4
玩具厂
1200
2
2.3负荷计算
2.3.1本变电站负荷计算
本变电站负荷分析计算如下（线损平均取5%功率因数取0.9，负荷同时率取0.9）；
（一）10KV侧
1.毛纺厂已知Pn=2100kw；
2针织厂已知Pn=2800kw；
3.橡胶厂已知Pn=2000kw；
4食品厂已知Pn=1200kw；
因此
P30=2100+2800+2000+1200=8100KW
Q30=P30an（cos-10.9）=8100×0.48=3888kvar
取同时系数：
K∑=0.9
P30=0.9×8100kw=7290kw
Q30=0.9×3888kvar=3499.2kvar
计算电流：
（二）110KV侧
10KV侧所需负荷通过主变压器由110KV母线取得，
故
S’=8491+11646=20137KVA
考虑今后5-10年电力负荷的增长，按8年计算，则：
S=S’（1+5%）8=20137×（1+5%）8=29721.5KVA
式中S’___近期计算负荷
S____远景负荷
计算电流
2.3.2本变电站负荷表
负荷类型
计算负荷
视在功率
计算电流
P30（KW）
Q30（Kvar）
S30（KVA）
I3O（A）
110KV
17290
8299.2
20137
105.7
10KV
7290
3499.2
8491
490.24
第三章主变压器的选择
在变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。
《35~110KV变电所设计规范》规定，主变压器的台数和容量，应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合考虑确定。
在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。
装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于60%的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。
具有三种电压的变电所，如通过主变压器各侧线圈的功率均达到该变压器容量的15%以上，主变压器宜采用三线圈变压器。
此外，在确定变电所主变压器台数和容量时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。
主变压器台数和容量直接影响主接线的形式和配电装置的结构。
主变压器的确定：
已知该变电站有三种电压，主变压器采用三线圈绕组变压器。
由负荷计算可知，本变电站的远景负荷为28334.6KVA，因此装设两台主变压器，每台变压器额定容量按下式选择：
S’N=0.7
故可选择两台型号为SFSZ7-20000/110的变压器
主变压器参数表
型号
额定容量（kva）
额定电压（kv）
空载电流（%）
损耗（kw）
阻抗电压（kv）
连续组标号
高压
中压
低压
空载
负载
高中
高低
中低
SFSZ7-20000/110
20000
110
38.5
10.5
1.5
38.5
125
10.5
17~18
6.5
Yn
第四章电气主接线的设计
在发电厂和变电所中，发电机、变压器、断路器、隔离开关、电抗器、电容器、互感器、避雷器等高压电气设备，以及将它们连接在一起的高压电缆和母线，构成了电能产生、汇集和分配的电气主回路。
这个电气主回路将称为电气一次系统，又称为电气主接线。
用规定的设备图形和文字符号，按照各电气设备实际的连接顺序而绘成的能够全面表示电气主接线的电路图，称为电气主接线图。
发电厂、变电所的电气主接线有多种形式。
选择何种电气主接线。
是发电厂、变电所电气部分设计中的最重要问题，对各种电气设备的选择。
配电装置的布置、继电保护和控制方式的拟定等都有决定性的影响，并将长期地影响电力系统运行的可靠性、灵活性和经济性。
4.1电气主接线设计的基本要求
1.供电可靠性
设计主接线时，必须考虑安全可靠性，避免出现人身和设备事故，同时还要考虑到检修方便，以及要保证对对重要用户的供电。
2.供电经济性
在满足可靠性的前提下，应尽量降低投资和运行费用，以求得良好的经济性。
经济性是设计主接线的重要原则之一，要从整个国民经济的利益出发来考虑，必须在保证可靠性的前提下，再求得经济性。
3.设计力求简单、操作方便
主接线设计应当力求简单明了、运行操作方便，不应有多余的设备；主接线布置应明显堆成，操作程序不繁琐，避免误操作，并便于处理事故。
4.运行灵活性
电气主接线运行要灵活，检修维护安全方便；要考虑各种运行方式，采用各种不同的接线和措施。
5.发展和扩建需求
考虑发展和扩建主接线的设计应考虑到将来的发展和扩建需要。
4.2本变电站电气主接线设计
4.2.1110KV电压侧接线
《35~110KV变电所设计规范》规定，35~110KV线路为两回及以下时，宜采用桥形、线路变压器组或线路分支接线。
超过两回时，宜采用扩大桥形、单母线或分段单母线的接线。
110KV线路为6回及其以上时，应采用双母线接线。
本变电站110KV线路有2回，可采用桥式接线，桥式接线按照连接线的位置，可分为内桥接线和外桥接线两种形式，如同4-1所示。
下面对图所示的两种桥式接线方案进行技术、经济比较，确定出一个合理的选择。
图为双母线桥式接线图
1.内桥、外桥接线经济比较
从图4-1可以明显看出，无论采用内桥或外桥接线，在110KV侧使用的开关设备，从数量，型号，价格上比较，两种方案经济指标相差不多，所以重点应进行两种方案的技术比较。
2.内桥、外桥接线技术比较
按供电协议书要求，该厂总降压变电所距离供电电源端有80km,从技术方面比较，外桥接线使用与变压器运行需要经常切换操作；而内桥接线适用于线路长需要经常切换操作。
由于总降压变电所带有分厂负荷较多，各分厂负荷经常变化，供电线路又较长。
所以从技术方面比较，选择内桥接线时合理的选择方案。
因此，110KV电压侧，选择内桥接线。
4.2.210KV电压侧接线
《35~110KV变电所设计规范》规定，当变电所装有两台主变压器时，6~10KV侧宜采用分段单母线。
线路为12回及以上时，亦可采用双母线。
当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。
当6~35KV配电装置采用手车式高压开关柜时，不宜设置旁路设施。
方案一：
采用单母线分段接线
如图为单母线分段接线
优点：
单母线分段接线能提高供电的可靠性。
当任一段母线或某一台母线隔离开关故障及检修时，自动或手动跳开分段断路器QF，仅有一半线路停电，另一段母线上的各回路仍可正常运行。
重要负荷分别从两段母线上各引出一条供电线路，就保证了足够的供电可靠性。
两段母线同时故障的概率很小，可以不予考虑。
当可靠性要求不高时，也可用隔离开关QS将母线分段，故障时将会短时全长停电，待拉开分段隔离开关后，无故障段即可恢复运行。
单母线分段接线除具有简单、经济和方便的优点，可靠性又有一定程度的提高，因此在中、小型发电厂和变电所中仍被广泛应用。
缺点：
某分段上的母线发生故障或检修时，电源只能通过一回进线供电，供电效率较低，可能会使部分用户停电；当分段上进行修理时，该段重要用户失去备用。
方案二：
采用双母线接线
如图为双母线接地
优点：
双母线接线与单母线接线相比，停电的机会减少了，必须的停电时间缩短了，运行的可靠性和灵活性有了显著的提高。
另外，双母线接线在扩建时也比较方便，施工时可不必停电。
缺点：
使用设备较多，投资较大，配电装置较为复杂，造价高。
同时在运行中需将隔离开关作为操作电器。
若未严格按照规定顺序进行倒闸操作，会造成严重事故。
所以，本设计110KV变电站的负荷属于二级负荷的范围，如采用双母线制会造成不必要的资金浪费，如果操作失误，也会带来严重的后果；采用单母线分段接线，就可以满足要求，也可以减少花费。
因此10KV电压侧选用单母线分段接线法
第五章载流导体的选择
电力网的各种载流导体，是输送电能的主要通路。
它在总造价中所占比重很大，如架空线路就占30%以上。
正确地选择各种载流导体的截面，在技术上和经济上都具有很重要意义。
载流导体截面选择得过大，将增加投资及有色金属的消耗量；截面选择得过小，又将增加电能损耗及电压损耗。
因此，应该按照正确的方法，选择出合适的截面，使在满足技术质变的条件下经济指标达到最优。
5.1导线的选择
5.1.1导线截面的选择方法
传输容量小且长度较短的导体，以及配电装置的回流母线，可按长期发热允许电流选择；而对于年负荷利用小时数打，传输容量大，长度在20CM以上的导体，其截面一般按经济电流密度选择。
（一）按经济电流密度选择导线截面
按经济电流密度选择导线截面，适用于各级电压的线路导线。
为了降低线路运行中的电能损耗，导线截面越大越有利；但为了劲敌线路造价及折旧维修费，导线截面则越小越有利。
国家综合考虑各方面的因素。
制定出符合国家整体经济利益的导线截面，成为经济截面。
对应于经济截面中的电流密度，称为经济电流密度。
按经济电流密度选择导线截面的公式为：
式中I____计算年限内导线长度长期通过的最大电流，A；
J____经济电流密度，A/mm2.
计算年限内导线长期通过的最大电流，一般应考虑电力线路投运后5~10年的发展远景。
因为，根据运行经验，电网负荷是逐年增长的，如果把计算年限现在得太短，则电网在建成后不久，传输电流或功率就可能超过计算值，造成以后长时间的不经济运行。
相反，如果把计算年限现在得过长，则会增加电力网建设的初投资，同意也是不经济的。
通常，计算年限按5~10年考虑。
经济电流密度，与线路的投资、发电成本、输电成本、电能损耗、计算电价、反本年限、投资利率、维护管理费用等多种因素有关，一般由国家制定。
并视各地区，各时期的经济条件和发展情况而修订。
我国现行的经济电流密度见表5.1.
经济电流密度J
线路电压（kv）
导线型号
最大负荷利用小时Tmax（h）
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
10
LJ
1.48
1.19
1.00
0.86
0.75
0.67
0.60
LGJ
1.72
1.40
1.17
1.00
0.85
0.78
0.70
（二）按长期发热条件选择导线和电缆的截面
1.三相系统相线截面的选择
导线允许载流量Ia1应不小于通过导线的计算电流I30，
即:
Ia1≥I30
所谓导线的允许载流量，就是在规定的环境温度条件下，导线能够连续承受而不致使其温度超过允许值的最大电流。
如果导线敷设地点的环境温度与导线允许载流量所采用的环境温度不同时，则导线的允许载流量应乘以温度校正系数即：
式中-------------导线额定负荷时的最高允许温度
--------------导线允许载流量所对应得标准环境温度
-------------导线敷设地点的实际环境温度
这里所说的“实际环境温度，是按发热条件选择导线和电缆时的特定温度。
在室外，实际环境温度一般取当地最热月平均最高温度。
在室内，则取当地最热月平均最高气温加5°C。
对土中直埋的电缆，则取当地最热月平均地下0.8~1m的土壤平均温度，亦可近似地取为当地最热平均气温。
5．2本变电站导线的选择
1.2.1110KV侧导线的选择
工作电流
因为110KV进线线路是两回供电，因此每回线路的电流为52.85A
按经济电流密度选择导线经济截面：
由于任务书中给出的年最大负荷利用小时数位500h，
查表可得，架空线的经济电流密度
所以可得经济截面：
因此，选择50mm型钢芯绞线LGJ-50，其允许载流量为I=220A
其相应参数为
110KV导线参数
导线型号
允许载流量（A）
电阻
感抗
线路长度（km）
LGJ-50
220
0.630
0.45
80
5.2.210KV侧导线的选择
1.毛纺厂：
2.针织厂：
3.橡胶厂：
4.食品厂：
1.毛纺厂：
因为10KV供电线路均为2回，所以每回线路上的电流为
按经济电流密度选择导线经济截面：
因此，取70mm型钢芯铝绞线LGJ-70，其允许载流量为
其相应参数为
2.针织厂：
因为10KV供电线路均为2回，所以每回线路上的电流为
按经济电流密度选择导线经济截面：
因此，取70mm型钢芯铝绞线LGJ-70，其允许载流量为
其相应参数为
3．橡胶厂：
因此10KV供电线路均为2回，所以每回线路上的电流为
按经济电流密度选择导线经济截面：
因此，取70mm型钢芯铝绞线LGJ-70,其允许载流量为
其相应参数为
4．食品厂：
因为10KV供电线路均为2回，所以每回线路上的电流为
按经济电流密度选择导线经济截面：
为设计计算简单，因此，去50mm2型钢芯铝绞线LGJ-50，其允许载流量为
其相应参数为
10KV导线参数
导线型号
允许载流量（A）
电阻
感抗
线路长度（km）
LGJ-70
275
0.450
0.368
10
LGJ-50
220
0.630
0.379
10
第六章短路电流计算
电力系统在运行中，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时流过的电流，其值可远远大于额定电流，并取决于短路距电源的电气距离。
例如，在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达额定电流的10~15倍。
大容量电流系统中，短路电流可达数万安。
这会对电力系统的正常运行造成严重影响和后果。
6.1短路电流计算步骤
在工程计算中，短路电流的计算通
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